Электрический привод

Задание

Для привода смесителя кормов периодического действия по нагрузочной диаграмме выбрать асинхронный двигатель с синхронной частотой 1500мин-1, используя метод эквивалентных величин.

Нагрузочная диаграмма задана повторяющимся циклом:

3 минуты — остановка двигателя;

2 минуты — работа под нагрузкой, мощность на валу равна 1кВт;

2минуты — работа под нагрузкой, мощность на валу равна 6кВт;

2 минуты — работа под нагрузкой, мощность на валу равна 5кВт.

Расчёты проводить методом эквивалентных величин. Провести проверку на перегрузочную способность. Результаты выбора проверить методом

Смеситель описывается вентиляторной характеристикой с начальным моментом Мс=0,2Мсн+0,8 Мсн (n/nн)2, номинальная скорость равна номинальной скорости двигателя.

Рассчитать потери двигателя в процессе пуска. Проверить выбранный двигатель по нагреву во время пуска. Рассчитать коэффициенты тепловой и механической перегрузки.

Выбрать асинхронный двигатель для привода выгрузного транспортёра, работающего в кратковременном режиме в течении 6 минут с нагрузкой на валу равной 2кВт.

Составить принципиальную схему управления технологической установкой. Двигатель смесителя может быть включён только при включённом двигателе выгрузного транспортёра, для этого предусмотреть блокировку в схеме. Также предусмотреть необходимые защиты и сигнализацию включённого состояния.

Описать работу схемы.

Выбрать необходимую аппаратуру управления и защиты.

Проверить двигатель на возможность пуска с номинальной нагрузкой на валу при питании от трансформатора ТМ — 63/10 с номинальной мощностью Sн=63кВА, номинальным выходным фазным напряжением U2н=220 В, напряжением короткого замыкания uк=8,5% через линию электропередач длинной 200метров, выполненную проводом АС — 16 с погонным сопротивлением rn=2,2Ом/км.

Проверить устойчивость работы двигателя выгрузного транспортёра при пуске двигателя смесителя по условиям из предыдущего пункта.

Электрическим приводом, или сокращенно электроприводом, называют электромеханическую систему, состоящую в обобщенном виде из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств и предназначенную для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управления этим движением.

Основное назначение электропривода как технологической электроустановки — преобразование электрической энергии в механическую энергию движения исполнительных органов машин и механизмов.

Исторически сложилось так, что электрический привод из-за своего исключительного значения и широкого распространения, в результате которого на долю электропривода приходится потребление свыше 60% вырабатываемой в стране электроэнергии, выделен из общих технологических электроустановок для отдельного рассмотрения.

Выбор асинхронного двигателя для смесителя кормов

Режим работы двигателя повторно кратковременный с продолжительным включением. 3 минуты остановка, 2 минуты 1кВт, 2 минуты 6кВт, 2 минуты 5кВт.

Рисунок 1 — Нагрузочная диаграмма электропривода

3+2+2+2=9

Тип 4A100L4У3

Проверяем выбранный двигатель на перегрузочную способность:

Так как скорость изменяется не значительно, то моменты можно заменить на мощности:

Т.к. условие выполняется, то оставляем этот двигатель.

Расчёт продолжительности пуска приводного двигателя методом площадей

Найдём критическое скольжение, частоту вращения, критический момент и номинальный момент Находим частоту вращения min точки и пусковой момент Находим момент, используя формулу Клоса:

Найдём частоты вращения, исходя из того, что в точке скольжения возьмём равной половине, во второй среднее между номинальным и критической:

Находим моменты в этих точках

Сводим все данные в таблицу

Для нахождения времени пуска электропривода на одном чертеже строим механическую характеристику двигателя и механическую характеристику производственного механизма =0,2Мн+0,8 Мн (n/nн).

Рисунок 2 — Механическая характеристика двигателя Находим зависимость динамического момента от частоты Мдин (n) = Мд (n) — Мс (n) как графическую разность характеристик. Аппроксимируем полученную характеристику ступенчатой кривой. Для достижения необходимой точности число ступеней должно быть не менее 5.

Согласно уравнению движения электропривода, находим время разгона на каждом вертикальном участке по формуле:

где J — суммарный приведённый момент инерции электропривода,

— момент инерции двигателя

— изменение скорости на i-том участке динамический момент на i-том участке Общее время разгона электропривода:

Расчёт потерь двигателя в процессе пуска

Найдём номинальные потери двигателя Для асинхронного двигателя базового закрытого исполнения отношение постоянных и переменных потерь:

И поэтому номинальные потери составляют постоянных потерь:

Найдём потери на каждом участке нагрузочной диаграммы:

Найдём средние потери за цикл:

Тепловой режим работы двигателя не будет нарушен.

Производим расчёт механической характеристики двигателя Рассчитаем коэффициенты тепловой и механической перегрузки:

Для асинхронных двигателей

двигатель смеситель корм транспортёр

Выбор асинхронного двигателя для привода выгрузного транспортёра

Рассчитываем номинальную мощность электродвигателя выгрузного транспортера работающего в кратковременном режиме в течении 6 минут с нагрузкой на валу 1 кВт:

Так как, то формула примет вид:

Тип 4A71А4У3

Проверяем выбранный двигатель на перегрузочную способность:

Так как скорость изменяется не значительно, то моменты можно заменить на мощности:

Т.к. условие выполняется, то оставляем этот двигатель.

Описание работы схемы

Если необходимо остановить двигатель смесителя кормов, нажимается кнопка SB2. Размыкается цепь катушки магнитного пускателя. Он отпускает, разрывается цепь питания двигателя, он останавливается. При возникновении коротких замыканий в схеме срабатывает электромагнитный расцепитель автоматического выключателя и размыкает его контакты или перегорают предохранители FU1 — FU3. От перегрузок защищает тепловой расцепитель автоматического выключателя (если он предусмотрен в данной модификации) или тепловое реле КК1. Время срабатывания данных защит находится в пределах десятков секунд. При срабатывании теплового реле размыкается его контакт в цепи управления двигателем, что приводит к обесточиванию катушки магнитного выключателя и отключению двигателя. Также тепловое реле способно защитить двигатель при перегорании одной или двух плавких вставок. При этом в оставшейся фазе будут протекать повышенные токи, от которых и происходит срабатывание защиты.

Если необходимо остановить двигатель выгрузного транспортёра, то нажимается кнопка SB4. Размыкается цепь катушки магнитного пускателя. Он отпускает, разрывается цепь питания двигателя, он останавливается. При возникновении коротких замыканий в схеме срабатывает электромагнитный расцепитель автоматического выключателя и размыкает его контакты или перегорают предохранители FU4 — FU6. От перегрузок защищает тепловой расцепитель автоматического выключателя (если он предусмотрен в данной модификации) или тепловое реле КК2. Время срабатывания данных защит находится в пределах десятков секунд. При срабатывании теплового реле размыкается его контакт в цепи управления двигателем, что приводит к обесточиванию катушки магнитного выключателя и отключению двигателя. Также тепловое реле способно защитить двигатель при перегорании одной или двух плавких вставок. При этом в оставшейся фазе будут протекать повышенные токи, от которых и происходит срабатывание защиты.

Выбор аппаратуры управления и защиты

Все выбираемые аппараты должны быть рассчитаны на рабочее напряжение не ниже 380 В. Ток главных контактов магнитного пускателя должен быть не менее номинального тока двигателя:

Номинальный ток двигателя М1:

Выбираем магнитный пускатель ПМЕ212 с номинальным током 10 А.

Номинальный ток двигателя М2:

Выбираем магнитный пускатель ПМЕ 212 с номинальным током 6 А.

В цепи управления протекают токи, не превышающие 1 А, поэтому выбираем кнопочные станции ПКЕ 022 с номинальным током 5 А. Номинальный ток теплового реле должен отличаться от номинального тока не более чем на 15%. При наладке схемы ток теплового реле соответвующим регулятором устанавливается равным номинальному току двигателя. Для двигателя М1 номинальный ток теплового реле должен находиться от 0,85.8,6=7,31 А до 1,15.8,6=9,89. Выбираем тепловое реле РТЛ-1016. Аналогично для двигателя М2 выбираем тепловое реле РТЛ-1010. При защите группы двигателей номинальный ток плавкой вставки должен удовлетворять условию:

В рассматриваемой схеме в начале производиться запуск двигателя М1, затем пуск двигателя М2. Наибольшим током схемы будет пусковой ток М1, тогда:

Выбираем предохранитель ПР-2−60 с номинальным током 60 А и вставкой 35 А. Автоматический выключатель выбираем из условия:

Рабочий ток установки:

Выбираем автоматический выключатель А3160 с номинальным током 16 А и вставкой 16 А

Проверка двигателя на возможность пуска с номинальной нагрузкой на валу при питании от трансформатора

Для проверки двигателя на возможность пуска найдём максимально допустимое падение напряжения при пуске двигателя:

где — относительный (к номинальному) избыточный момент, идущий на разгон электропривода. Обычно принимают относительный момент трогания — момент сопротивления на валу двигателя при пуске, так как запуск проводится с номинальной нагрузкой.

Найдем падение напряжения на зажимах двигателя при пуске, которое будет складываться из падения напряжения в трансформаторе и падения напряжения в линии. Для расчетов потребуется пусковой ток двигателя Iп.дв. и номинальный ток трансформатора Iн.тр. Вычислим их.

Находим пусковой ток двигателя.

Находим номинальный ток трансформатора.

Найдём падение напряжения в линии.

Находим падение напряжения в трансформаторе.

Найдём суммарное падение напряжения Что меньше максимально допустимого. Двигатель запустится.

Проверяем устойчивость работы двигателя выгрузного транспортёра

При определении устойчивости работы двигателя М2 припуске двигателя М1, принебрегаем относительно малым рабочим током двигателя М2 по сравнению с пусковым током двигателя М1. Поэтому используем найденое ранее падение напряжения. Двигатель М2 будет устойчиво работать при пуске двигателя М1

1. Ковчин С. А., Сабинин Ю. А. Теория электропривода. — С. Пб.: Энергоиздат Санкт-Петербургское отделение, 2000.

2. Ильинский Н. Ф., Козаченко В. Ф. Общий курс электропривода. — М.: Энергоатомиздат, 1992.

3. Фоменков А. П. Электропривод сельскохозяйственных машин, агрегатов и поточных линий. — М.: Колос, 1984.

4. Чиликин М. Г., Сандлер А. С. Общий курс электропривода. — М.: Энергоиздат, 1981.

5. Ключев В. И. Теория электропривода. — М., Энергоатомиздат, 1985.

6. Кондратенков Н. И., Антони В. И., Ермолин М. Я. Электропривод сельскохозяйственных машин. — Челябинск, 1999.

7. Мусин А. М. Электропривод сельскохозяйственных машин и агрегатов. — М. Агропромиздат, 1985.

8. Савченко П. И., Гаврилюк И. А., Земляной И. Н., Худобин Н. В. Практикум по электроприводу в сельском хозяйстве. — М.: Колос, 1996.

9. Шичков Л. П., Коломиец А. П. Электрооборудование и средства автоматизации сельскохозяйственной техники. — М. Колос, 1995.